JPH03191004A - アトマイズ鉄粉の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はアトマイズ鉄粉の製造方法に関し、非金属介
在物の混入量を低減し高品質のアトマイズ鉄粉を製造し
ようとするものである。

（従来の技術） アトマイズ鉄粉は粉末冶金用材料の中では比較的に歴史
の浅い材料であるが、量産に適しており品質のばらつき
も少ない等の利点を有するところから、最近注目されて
いる。

その製造は電気炉又は転炉等で溶製した溶鋼をタンディ
ツシュノズルから流下させ、この流れに窒素ガス等の高
圧ガスまたは高圧水を当て溶鋼を噴霧化した後象、冷凝
固させる方法によるのが一般的である。

この製造方法で問題となるのは、非金属介在物の混入に
よって鉄粉の品質が著しく損われる点である。すなわち
アトマイズ鉄粉の場合、溶鋼を噴霧化した後急冷凝固さ
せるため、非金属介在物を浮上分離して除去することは
できない。したがって非金属介在物の混入を未然に防止
した上で、溶鋼のタンディツシュへの注入及び噴霧化を
行う必要がある。

一般にアトマイズ鉄粉中への非金属介在物の混入は、電
気炉又は転炉等で溶製される際における精錬工程での脱
酸生成物及びＣａＯやＣａＦｚ等の造滓剤が出鋼時に混
入すること、取鍋からタンディツシュへ溶鋼を注入する
際の空気酸化及びタンディツシュ内溶鋼表面に浮遊して
存在するスカム（スラグ）の巻込み、等が主たる原因で
ある。

このような非金属介在物の混入を防止する方法として特
公昭５８−４８６０３号公報には、タンディツシュ内に
筒体を立設するとともに、筒体内にはタンディツシュ内
のスラブが流入しない構造とし、この筒体を介して溶鋼
をタンディツシュ内に注入することが開示されている。

この方法は、タンディツシュ内溶鋼の表面に浮遊してい
るスラグやスカムの取鍋からの注入流による巻き込みを
防止することに主眼があり、取鍋内溶鋼中に懸濁してい
るスラグやスカム、あるいはタンディツシュ内の溶鋼内
に混入したスラグやスカムの除去には効果がなく、従っ
て得られる鉄粉の品質向上には限界があった。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、タンディツシュ内溶鋼中に混入したスラグ
やスカム等の非金属介在物の分離を達成し、よってタン
ディツシュから流下する？８ｍ中への非金属介在物の混
入を防止し得る方法について提案することを目的とする
。

（課題を解決するための手段） 発明者らは、コンピュータによる溶鋼の流動解析シミュ
レーションを行った結果、タンディツシュ内の溶鋼に水
平回転を付与することが、以下の２点で有利であるとの
知見を得た。

１）水平回転流を付与すると、溶鋼に働く遠心力と非金
属介在物に働く遠心力との差によって非金属介在物は回
転中心部に集中する。

２）水平回転の付与によって溶融金属の上面は放物面状
になっているため、タンディツシュ注入口からの溶鋼の
注入主流は、タンディツシュ底部に向かわずに、直ちに
タンディツシュの上部に達し、注入後に直ちに流出口に
向かう、いわゆるショートサーキットを防止できる。

又、水モデル実験において、 ３）水平回転を与えられた液体中に不活性ガスを吹込む
と、気泡の液体滞留時間が回転を与えない場合に比較し
て長くなり、また気泡が回転中心部に集まり、さらに液
の回転によって生成したガス気泡は回転流による剪断力
で微細気泡になることが、すなわち水平回転流によりバ
ブリングの撹拌効果が増加することが、確認された。

この発明は上記の知見に基いてなされたものである。

すなわちこの発明は、溶湯をタンディツシュに供給し、
このタンディツシュから流下させた溶湯流に高圧流体を
衝突させて溶湯を粉粒化するに当たり、タンディツシュ
の外側に配設した回転磁界発生装置により、タンディツ
シュ内熔湯に水平回転を与えるとともに、溶湯のタンデ
ィツシュ内での平均滞留時間を１００〜３００秒に調整
することを特徴とするアトマイズ鉄粉の製造方法及びさ
らにタンディツシュ内の溶湯中に不活性ガスを吹き込む
ことを特徴とするアトマイズ鉄粉の製造方法である。

さて第１図にこの発明に使用する装置を示す。

図中１は溶鋼２を装入した取鍋、３は取鍋１からの溶鋼
２を注入ノズル１ａを介して受けるクンデインシュ、４
はタンディツシュ３内の溶鋼２に水平回転を与えるため
の回転磁界発生装置、５はタンディッシュ３内に不活性
ガスを吹き込むためのパイプ、６はタンディツシュ３か
ら流下する溶鋼２に高圧ガス又は高圧水を吹き付ける噴
霧ノズル、７は粉粒化した７１〜マイズ鉄粉、そして８
は噴霧槽である。

図示のタンディッシュ３は溶鋼２の取鍋１からの注入及
び噴霧槽８への流出を同時に行うもので、このタンディ
ツシュ３の外側から回転磁界発生装置４によって溶鋼２
に水平回転を与え、溶鋼２と非金属介在物とを分離し、
浮遊した非金属介在物を水平回転流の中心付近に集める
。なお溶！１ｉ１２はタンディツシュ３の中心部へ注入
し、一方塊出口はタンディツシュ３底部の溶鋼回転中心
から離間した位置に設けることが好ましい。

またタンディツシュ３内における？容量２の平均滞留時
間は１００秒以上３００秒以下に調整する。

さらに溶鋼２に水平回転を与えるとともに、溶鋼２中に
パイプ５から不活性ガスを吹き込むと、非金属介在物と
溶鋼との分離をより一層促進することができる。

（作　用） タンディツシュ３内の溶鋼２に水平回転を与えていない
場合、この溶鋼２へ新たに、非金属介在物（以下スラグ
と示す）が混入した溶鋼を注入すると、第２図（ａ）に
矢印で示すような流れに従って、注入流はスラグが浮上
しないまま流出される（ショートサーキット）。

これに対して水平回転を与えた溶鋼２へ新たに、スラグ
が混入した溶鋼を注入すると、同図（ｂ）に矢印で示す
ような流れに従って、注入流は浴面に沿って一旦拡がり
、この過程でスラグが浴面に浮上分離される。さらに溶
銅浴面上に浮上しない微細なスラグ粒は溶鋼とスラグと
の遠心力の差によって、溶鋼回転流の中心部へ集まる。

なお上記のスラグ分割をはかるには、クンデイツシュ内
溶鋼に２Ｏｒ、ｐ、ｍ、以上の水平回転を与えることが
好ましい。すなわち溶鋼に与える水平回転が２Ｏｒ、ｐ
、ｍ、未満であると、注入流の落下エネルギが水平回転
エネルギーより大きくなり、その結果第２図（ｂ）に示
したようなショートサーキットの防止効果がなくなる。

一方１００　ｒ、ｐ、ｍ、をこえるとタンディツシュ耐
火物の溶損量が増加することに加えて、回転による溶銅
の凹深さが増大し、その結果フリーボードの大きなタン
ディッシュが必要となり設備費の増大、熱的条件の不利
を招くため、上限は１００　ｒ、ｐ、ｍ、とすることが
好ましい。

次にススラグを有利に分離する条件としての、タンディ
ツシュ内溶鋼の平均滞留時間（タンディツシュ容量／１
秒当たりにクンデイツシュから流出する）容鋼量）に関
して行った実機実験の結果について説明する。

平均滞留時間とタンディツシュからのスラグ流出率との
関係について、直径が６００　ｍｍのタンディッシュ内
に装入した溶鋼に３Ｑｒ、ｐ、ｍ、の水平回転を与えた
場合及び同様のタンディツシュ内溶鋼に回転を与えない
場合をそれぞれ調べた。その結果を第３図に示すように
、溶鋼に回転を与えない場合は平均滞留時間を５００〜
６００秒以上にしなければスラグ流出を防止できないの
に対し、溶鋼に水平回転を与えた場合は１００秒間の滞
留でスラグ流出を防止できることが判明した。

しかしながら溶鋼に水平回転を与えた場合であっても、
平均滞留時間が１００秒未満ではスラブ流出率が高くな
る。これはタンディツシュ内への注入流の一部が第２図
（ａ）に示したショートサーキットを構成するためと推
測され、そこで平均滞留時間は１００秒以上とすること
が肝要となる。また平均滞留時間が３００秒をこえると
、スラグ流出防止には効果的であるが、タンディツシュ
からの溶鋼流出量（スループット量）を小さくせねばな
らず、（当然タンディッシュに供給する量も小さくする
）その結果注入ノズル径は小さくなり、ノズル詰まり等
のトラブル発生の原因となる。さらに、アトマイズ製造
においては粉末径のバラツキを非常に嫌うため溶鋼流出
量は高圧水、尚圧ガスにマツチングした量に決められて
おり、その結果、滞留時間の増加はタンディツシュ容量
を必要以上に大きくする原因となり得策でない。

なお第３図におけるスラグ流出率とは、取鍋内湾鋼中の
スラグ系介在物量に対するタンディッシュから流出する
溶鋼中のスラグ系介在物量の比で表わす。

このように溶鋼に水平回転を与えた場合は平均滞留時間
として１００秒以上を確保できればよく、従来のように
、５００〜６００秒以上の滞留時間を確保するために大
容量のタンディツシュを用いる必要はない。

なお平均滞留時間は、タンディツシュの径及び／又は深
さを注入及び流出する溶鋼量によって選択することで調
整できる。

また溶鋼の水平回転流の中心部に集積するスラグは、水
平回転数や平均滞留時間によって粒子径が異なる。すな
わち微細スラグ粒の分離効果を上げるには回転数が大、
平均滞留時間が長いほど有効である。しかしながら回転
数の増加はタンディツシュの内張り耐火物等の溶損によ
る外来系介在物の増加をまねき、一方滞留時間を延ばす
のはタンディツシュの大型化が必要となり、どちらも得
策ではない。そこで耐火物の溶損を回避するには回転に
よって生じる非金属介在物の最大求心力が重力より小さ
い回転数とすることが望ましい。この場合遠心力の差に
よるスラグが回転中心部に集中して分離する効果は低減
されるが、溶鋼中への不活性ガス吹きを併用することに
よってその効果の不足分を補うことができる。

すなわち溶鋼中に吹き込んだ気泡はスラグに比べて密度
が小さく、同一回転数であれば最大求心力はスラグに比
較して大きく、回転中心部への集中分離は容易で、この
気泡の集中分離の際に溶鋼中に懸濁している微細スラグ
粒子が捕捉されて分離がはかられる。従って、非金属介
在物の最大求心力が重力より大きい回転数の場合と同等
な効果が得られる。なお回転数が小さくても、第２図（
ｂ）に示したようなショートサーキットを防止する効果
は十分である。

なお不活性ガス吹き込み量は、２１／ｍｉｎ未満ては微
細スラグ粒子の捕捉が不十分であり、又、１０１／ｍｉ
ｎ以上になるとスプラシュが増加し操業上のトラブル発
生の原因となる。この理由から、２〜１０１／ｍｉｎ　
とすることが好ましい。

（実施例） 第１図に示したタンディツシュ（直径６００　ｍｍ、高
さ１０００ｍｍ、浴深さ４００　ｍｍ）内に注入した溶
鋼に３０ｒ、ｐ、ｍ、の水平回転を与えかつ平均滞留時
間を２４０秒に調整した上で、タンディツシュから、電
炉溶製された溶鋼（５ｔｏｎ）を、２００　ｋｇ／ｍｉ
ｎの流量で流下させて噴霧処理し、アトマイズ鉄粉を製
造した（適合例１）。次いで同アトマイズ鉄粉を原料粉
末として、通常の粉末鍛造品を作製し、その清浄度およ
び介在物の粒径分布を調べた。また同様に、さらに溶鋼
中にアルゴンガス（５１／ｍ１ｎ）吹き込みを行う方法
（適合例２）及び水平回転を与えない方法（比較例）に
ついても、それぞれ同条件で得られた鍛造品の清浄度及
び介在物の粒度分布を調べた。

表１にその結果を示すように、比較法で得たアトマイズ
鉄粉の清浄度の値は極めて高く、かつ介在物の足も多く
、しかも５０μｍ以上の大型介在物が認められる。

これに対しこの発明に従う適合例１（不活性ガス吹き込
み無し）では清浄度の値は比較例対比で約１７３になり
、又５０μｍ以上の大型介在物は全く認められず、その
他の介在物の減少も顕著である。

さらに不活性ガス吹き込みを併用した適合例２では清浄
度がさらに減少し、介在物の量、特に２０μｍ以下の小
型介在物の減少をはかることができた。

表　　１ （発明の効果） 以上のようにこの発明は、鋼中の非金属介在物の分離能
力を強化することによりすくれた品質のアトマイズ鉄粉
を容易かつ短時間で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に用いる装置の模式図、第２図（ａ）
及び（ｂ）は溶鋼の注入流の動きを説明する模式図、 第３図は平均滞留時間とスラグ流出率との関係を示すグ
ラフである。 １・・・取鍋　　　　　　　１ａ・・・注入ノズル２・
・・７容ＫＡ　　　　　　　　３　・・・タンディツシ
ュ４・・・回転磁界発生父方　５・・・バイブロ・・・
噴霧ノズル　　　　７・・・アトマイズ銖粉８・・・噴
霧槽 （ａ） ｒｂ） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶湯をタンディッシュに供給し、このタンディッシ
   ュから流下させた溶湯流に高圧流体を衝突させて溶湯を
   粉粒化するに当たり、 タンディッシュの外側に配設した回転磁界 発生装置により、タンディッシュ内溶湯に水平回転を与
   えるとともに、溶湯のタンディッシュ内での平均滞留時
   間を１００〜３００秒に調整することを特徴とするアト
   マイズ鉄粉の製造方法。 ２、請求項１に記載の方法において、さらにタンディッ
   シュ内の溶湯に不活性ガスを吹き込むことを特徴とする
   アトマイズ鉄粉の製造方法。 ３、溶湯に与える水平回転は２０〜１００ｒ．ｐ．ｍ．
   である請求項１または２に記載の方法。